Un dispositivo híbrido de almacenamiento de energía de supercapacitor-batería de alto rendimiento basado en materiales de electrodos mejorados con grafeno con una densidad de energía ultrahidráulica

En la búsqueda de una mayor densidad de energía sin sacrificar la densidad de potencia, se ha diseñado y fabricado un dispositivo híbrido de almacenamiento de energía de supercapacitor-batería—combinando un electrodo positivo tipo capacitancia de doble capa electroquímica (EDLC) con un electrodo negativo tipo batería de Li-ion. Se introduce grafeno en ambos electrodos: un nanocompuesto de Fe3O4/grafeno (Fe3O4/G) con alta capacidad específica como material del electrodo negativo, y un material de carbono poroso tridimensional (3DGraphene) basado en grafeno con alta área de superficie (∼3355 m2 g−1) como material del electrodo positivo. El nanocompuesto Fe3O4/G muestra una alta capacidad específica reversible que supera 1000 mA h g−1 a 90 mA g−1 y se mantiene en 704 mA h g−1 a 2700 mA g−1, así como una excelente capacidad de tasa y estabilidad de ciclo mejorada. Mientras tanto, el electrodo positivo 3DGraphene también muestra un gran rendimiento electroquímico. Con estos dos materiales de electrodos mejorados con grafeno y utilizando el mejor método de evaluación recomendado por la industria, el supercapacitor híbrido Fe3O4/G//3DGraphene demuestra una densidad de energía ultrahigh de 147 W h kg−1 (densidad de potencia de 150 W kg−1), que también se mantiene en 86 W h kg−1 incluso a una alta densidad de potencia de 2587 W kg−1, hasta ahora el valor más alto de los supercapacitores híbridos reportados. Además, la densidad de energía del supercapacitor híbrido es comparable a las baterías de iones de litio, y la densidad de potencia también alcanza la de supercapacitores simétricos, lo que indica que el supercapacitor híbrido podría ser un sistema de almacenamiento de energía novel muy prometedor para un almacenamiento de energía rápido y eficiente en el futuro.